Введение

Вопрос о том, одни ли мы во Вселенной, давно волнует ученых и философов. Однако для исследователей из Университета Центральной Флориды он стал не только философским, но и инженерным. Они работают над проектом, который может помочь астрономам в поисках обитаемых миров за пределами нашей Солнечной системы.

Технологии для обнаружения далеких планет

Исследователи из колледжа оптики и фотоники (CREOL) Университета Центральной Флориды разрабатывают технологии, которые помогут будущим космическим телескопам обнаруживать потенциально обитаемые планеты, вращающиеся вокруг далеких звезд. Проект, известный как PEEPSS (Photonics-Enabled Exoplanet Spectroscopic System), имеет целью обеспечить астрономов возможностью непосредственно наблюдать за планетами, которые скрыты за ярким светом своих родительских звезд.

Профессор Стивен Эйкенберри, ведущий исследователь проекта, иллюстрирует сложность задачи: «Если планета находится в обитаемой зоне, она вращается близко к своей звезде, которая обычно в 10 миллиардов раз ярче самой планеты». Он сравнивает это с попыткой увидеть «маленький мигающий свет, когда тебе светят прожектором прямо в лицо».

Поддержка амбициозных планов NASA

Работа над проектом PEEPSS поддерживает долгосрочные цели NASA, которые связаны с созданием обсерватории Habitable Worlds Observatory (HWO). Этот космический телескоп станет флагманом в поисках планет, подобных Земле, и анализе их атмосфер на наличие признаков жизни.

Решение одной из самых сложных задач астрономии

Астрономы уже давно доказали, что планеты распространены по всей Вселенной. Однако главная сложность заключается в том, что Землеподобные планеты могут быть чрезвычайно тусклыми по сравнению с окружающими их звездами. Для решения этой задачи астрономы используют инструменты, называемые коронографами, которые блокируют свет звезды, позволяя слабым сигналам планет достигать детекторов телескопа.

Тем не менее, даже при этом микроскопические дефекты в оптике телескопа могут позволять огромным объемам звездного света просачиваться через систему. «Можно сказать, что это всего лишь одна часть на миллион», — отмечает Эйкенберри. «Но эта одна часть на миллион все равно в 10,000 раз ярче вашей экзопланеты. Вы обречены». Чтобы справиться с этой проблемой, система PEEPSS использует продвинутую форму сенсинга волнового фронта, которая обнаруживает и корректирует малейшие искажения в входящем свете до того, как они затмят сигналы от планет.

Инновационный подход на основе фотонных фонарей

В центре проекта находится новая технология, известная как фотонный фонарь. Это устройство разделяет сложный входящий свет на отдельные оптические каналы, что позволяет исследователям восстанавливать не только информацию о яркости, но и фазовую информацию, которая обычно теряется в традиционных системах изображения. «Традиционные детекторы стирают эту информацию», — говорит Эйкенберри. «Фотонные фонари позволяют нам ее восстанавливать».

Это дополнительное знание позволяет использовать то, что исследователи называют «изображением, вдохновленным квантовой механикой», новой техникой, использующей поведение света для улучшения разрешения изображений и фильтрации оставшегося звездного света. Исследователи из CREOL стали ведущими специалистами в быстроразвивающейся области астрофотоники, которая объединяет астрономию, оптоволокно и передовые фотонные технологии.

Сотрудничество и будущее исследований

Проект объединяет усилия исследователей из Университета Центральной Флориды, Университета Калифорнии в Санта-Крузе, Университета Сиднея и Института науки космического телескопа. В UCF Эйкенберри работает в команде с аспиранткой Женевьевой Маркис и другими исследователями, чья экспертиза в области оптоволокна и фотоники помогла создать это сотрудничество.

Заключение

Проект PEEPSS представляет собой трехлетнюю инициативу, направленную на создание и тестирование прототипов фотонных фонарей в лабораторных и телескопических условиях. Если успех проекта будет достигнут, это может стать важным шагом к открытию новых, обитаемых миров за пределами нашей Солнечной системы и изменить наше понимание места человечества во Вселенной.